一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台

1.本发明涉及机械性能测试技术领域，尤其涉及一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台。


背景技术：

2.行星滚柱丝杠副(planetaryrollerscrewmechanism，prsm)是一种可将旋转运动转换为直线运动的机械装置.常用于航空航天、武器装备等军事领域和数控机床、医疗器械等民用领域机械装备的直线伺服系统中。减速器和行星滚柱丝杠的输入方式均为旋转运动，是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，具有结构紧凑、大传动比、稳定性好等特点，常作为原动件与工作机之间的减速传动装置，在航空航天、工程器械等工程领域有广泛的应用。
3.随着行星滚柱丝杠在国内的技术逐渐成熟与产业化，同时用到行星滚柱丝杠与减速器的应用领域日益增多，但同时应用于两者综合性能的设备仍为空白。两者的部分综合性能测试指标(如传动效率、转速等)相同，分别设计不同的综合性能实验台使得实验台功能单一，不能高效利用相应的测试设备，极大增加制造与采购实验台的成本。
4.国内现阶段研制的综合性能实验台能够完成单一或多个性能参数的测试，但都只单独针对行星滚柱丝杠或减速器，面对同时需要进行行星滚柱丝杠和减速器综合性能测试的场合，无法在同一个实验台上完成测试。成熟且专业的多用途综合性能实验台是目前相关行业迫切需要解决的重大需求，因此设计一种可以同时用于行星滚柱丝杠和减速器的综合性能测试的实验台具有重要的工程应用价值和意义。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，解决上述背景技术提到的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
7.本发明一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，包括试验台基座，所述试验台基座的一端滑动设置有活动平台和行星减速器支架；所述活动平台远离所述行星减速器支架的一端固定设置有驱动电机，所述活动平台的另一端固定设置有轴承座，所述轴承座上设置有传动轴，所述传动轴靠近所述驱动电机的一端与第一角度编码器的输出端相连接，所述驱动电机的驱动轴与所述第一角度编码器的输入端之间传动连接并且二者之间设置有第一力矩传感器；所述行星减速器支架靠近所述轴承座的一侧设置有行星减速器支架法兰盘，所述行星减速器支架的另一侧设置有空心轴；所述试验台基座的中部固定设置有角度编码器基座，所述角度编码器基座的中间设置有第二角度编码器，所述角度编码器基座的两端对称的滑动设置有两个连接杆，两个所述连接杆靠近所述行星减速器支架的一端共同的与推力板固定连接，所述推力板上设置有推力传感器；所述试验台基座的另一端固定设置有伺服电机并在所述伺服电机与所述角度编码器基座之间固定设置有转换
机构箱体，所述转换机构箱体的中部靠近所述角度编码器基座的一端转动设置有输入轴，所述转换箱体的中部靠近所述伺服电机的一端转动设置有输出轴；所述输入轴的位于所述转换箱体外部的一端端与所述第二角度编码器的输出端传动连接并且二者之间设置有第二力矩传感器，所述输出轴位于所述转换箱体外部的一端与所述伺服电机的驱动轴相连接；试验台基座在所述转换箱体与所述角度编码器基座之间对称的设置有两个电动缸，两个所述电动缸的输入端与分别与两个所述连接杆的另一端相连接，两个所述的电动缸的输出端的丝杠轴分别延伸至所述转换箱体的内部，所述两个丝杠轴与所述输入轴和所述输出轴之间设置有转换机构。
8.进一步的，所述试验台基座的上部对称的固定设置有两个直线导轨，所述活动平台的底部对称的固定设置有两组分别与两个所述直线导轨滑动配合的第一滑块；所述行星减速器支架的底部对称的固定设置有两个分别与两个所述直线导轨滑动配合的第二滑块。
9.进一步的，所述活动平台的端部固定设置有用于安装驱动电机的驱动电机支架，并且所述驱动电机支架上还设置有驱动电机减速器，所述驱动电机减速器的输入端与所述驱动电机的驱动轴相连接。
10.进一步的，所述第一力矩传感器的两端通过两个第一弹性联轴器分别与所述驱动电机减速器的输出端和所述第一角度编码器的输入端相连接。
11.进一步的，所述第二力矩传感器的两端通过两个第二弹性联轴器分别与所述输入轴和所述第二角度编码器的输出端相连接。
12.进一步的，所述试验台基座的另一端固定设置有用于安装所述伺服电机的伺服电机支架，并且所述伺服电机支架上还设置有伺服电机减速器，所述伺服电机与所述伺服电机减速器的输入端相连接。
13.进一步的，所述伺服电机减速器的输出端通过第三弹性连轴器与所述输出轴相连接。
14.进一步的，所述转换机构所述转换机构包括内花键轴套、设置于所述输入轴端部的花键齿连接套以及转动套设在所述输出轴上的花键齿齿轮套；所述花键齿齿轮套的一端与所述转换机构箱体的侧壁转动配合，两个所述丝杠轴位于所述转换机构箱体内部的一端均设置有与所述花键齿齿轮套上的齿轮相啮合的丝杠轴齿轮；所述输出轴位于所述转换机构箱体内部的一端延伸至所述花键齿齿轮套的外部并且端部设置有花键结构，所述内花键轴套与所述花键齿连接套、花键齿齿轮套以及所述输入轴端部的花键结构滑动适配；所述内花键轴套的外部设置有使其轴向移动的拨叉。
15.进一步的，所述转换机构箱体的侧壁上设置有用于支撑所述丝杠轴、输入轴以及输出轴的箱体轴承。
16.进一步的，所述试验台基座在两道所述直线导轨之间设置有光栅尺，所述行星减速器支架的下部设置有光栅尺读数头。
17.与现有技术相比，本发明的有益技术效果：
18.本发明能够适应各型尺寸的行星滚柱丝杠以及不同类型的减速器综合性能参数的测定，对于不同尺寸的行星滚柱丝杠，只需设计对应尺寸的夹具即可将行星滚柱丝杠安装到实验台上，对于不同尺寸的行星减速器，只需设计对应尺寸的法兰盘与连接轴便可将行星减速器安装到实验台上，实现快捷且稳定的工件拆装。本发明通过安装和调节不同的
测试组件可以实现多种性能指标的测试，并且可综合用于行星滚柱丝杠与行星减速器的性能测试，在实际生产中能够节约制造成本，充分利用测试模块，缩小实验台占用空间。
附图说明
19.下面结合附图说明对本发明作进一步说明。
20.图1为本发明的结构示意图；
21.图2为本发明进行行星滚柱丝杠综合性能测试示意图；
22.图3为丝杠夹具示意图；
23.图4为本发明进行行星减速器综合性能测试示意图；
24.图5为转换机构的结构示意图；
25.附图标记说明：1.伺服电机；2.伺服电机减速器；3.伺服电机支架；4.弹性联轴器；5.转换机构箱体；6.电动缸；7.力矩传感器；8.弹性联轴器；9.角度编码器基座；10.推力板；11.推力传感器；12.空心轴；13.行星减速器支架；14.轴承座；15.第一角度编码器；16.第一弹性联轴器；17.第一力矩传感器；18.驱动电机支架；19.驱动电机减速器；20.驱动电机；21.直线导轨；22.第一滑块；23.试验台基座；24.行星减速器支架法兰盘；25.螺母；26.丝杠；27.丝杠夹具；28.行星减速器；29.花键齿齿轮套；30.拨叉；31.丝杠轴齿轮；32.箱体轴承；33.转换机构法兰盘；34.花键齿连接套；35.内花键轴套；36.输入轴；37.活动平台；38.第二滑块；39.连接杆；40.输出轴；41.丝杠轴。
具体实施方式
26.如图1所示，一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，包括试验台基座23，所述试验台基座23的一端滑动设置有活动平台37和行星减速器支架13。具体的：所述试验台基座23的上部对称的固定安装有两个直线导轨21，所述活动平台37的底部对称的固定安装有两组分别与两个所述直线导轨21滑动配合的第一滑块22。所述行星减速器支架13的底部对称的固定安装有两个分别与两个所述直线导轨21滑动配合的第二滑块38。另外，两道所述直线导轨之间还安装有光栅尺，所述行星减速器支架13的下部安装有光栅尺读数头。
27.所述活动平台37远离所述行星减速器支架13的一端固定安装有驱动电机20。具体的：所述活动平台37的端部固定安装有用于安装所述驱动电机20的驱动电机支架18，并且所述驱动电机支架18上还安装有驱动电机减速器19，所述驱动电机减速器19的输入端与所述驱动电机20的驱动轴相连接。
28.所述活动平台37的另一端固定安装有轴承座14，所述轴承座14上转动安装有传动轴。所述传动轴靠近所述驱动电机20的一端与第一角度编码器15的输出端相连接，所述驱动电机20的驱动轴与所述第一角度编码器15的输入端之间传动连接并且二者之间安装有第一力矩传感器17。在本实施例中，所述第一力矩传感器17的两端通过两个第一弹性联轴器16分别与所述驱动电机减速器19的输出端和所述第一角度编码器15的输入端相连接。
29.所述行星减速器支架13靠近所述轴承座14的一侧安装有行星减速器支架法兰盘24，所述行星减速器支架13的另一侧设置有空心轴12。
30.所述试验台基座23的固定安装有第二角度编码器基座9，所述角度编码器基座9的
中间设置有第二角度编码器。所述角度编码器基座9的两端对称的滑动设置有两个连接杆39，两个所述连接杆39靠近所述行星减速器支架13的一端共同的与推力板10固定连接，所述推力板10上安装有推力传感器11。
31.所述试验台基座的23另一端固定安装有伺服电机1并在所述伺服电机1与所述角度编码器基座9之间固定安装有转换机构箱体5。在本实施例中，所述试验台基座23的另一端固定安装有用于安装所述伺服电机1的伺服电机支架3，并且所述伺服电机支架3上还安装有伺服电机减速器2，所述伺服电机1与所述伺服电机减速器2的输入端相连接。
32.所述转换机构箱体5的中部靠近所述角度编码器基座9的一端转动安装有输入轴36，所述转换箱体5的中部靠近所述伺服电机1的一端转动安装有输出轴40。所述输入轴36的位于所述转换箱体5外部的一端端与所述第二角度编码器的输出端传动连接并且二者之间设置有第二力矩传感器7，具体的：所述第二力矩传感器7的两端通过两个第二弹性联轴器8分别与所述输入轴36和所述第二角度编码器7的输出端相连接。
33.所述输出轴40位于所述转换箱体5外部的一端与所述伺服电机1的驱动轴相连接，具体的：所述伺服电机减速器2的输出端通过第三弹性连轴器4与所述输出轴40位于所述转换箱体5外部的一端相连接。
34.试验台基座23在所述转换箱体5与所述角度编码器基座9之间对称的固定安装有两个电动缸6，两个所述电动缸6的输入端与分别与两个所述连接杆39的另一端相连接。两个所述的电动缸6的输出端的丝杠轴41分别延伸至所述转换箱体5的内部，所述两个丝杠轴41与所述输入轴36和所述输出轴40之间设置有转换机构。
35.如图5所示，所述转换机构包括内花键轴套35、安装于所述输入轴36端部的花键齿连接套34以及转动套设在所述输出轴40上的花键齿齿轮套29，所述花键齿齿轮套29的一端与所述转换机构箱体5的侧壁转动配合，两个所述丝杠轴41位于所述转换机构箱体5内部的一端均安装有与所述花键齿齿轮套29上的齿轮相啮合的丝杠轴齿轮31。所述输出轴36位于所述转换机构箱体5内部的一端延伸至所述花键齿齿轮套29的外部并且端部设置有花键结构，所述内花键轴套35与所述花键齿连接套34、花键齿齿轮套29以及所述输入轴端部的花键结构滑动适配。所述内花键轴套35的外部设置有驱动其其轴向移动的拨叉30。
36.另外，所述转换机构箱体5的侧壁上安装有多个分别用于支撑所述丝杠轴、输入轴以及输出轴的箱体轴承32，并在所述输入轴36的端部安装有用于连接对应的所述第二弹性连轴器8的转换结构法兰盘33。
37.如图2所示，本发明在进行对行星滚柱丝杠综合性能测试时，根据行星滚柱丝杠长度将丝杠26与轴承座14上的连接轴通过丝杠夹具27安装固定，丝杠夹具结构图如图3所示。螺母25与行星减速器支架法兰盘24通过法兰连接进行固定，并确保安装后丝杠轴与驱动电机的驱动轴同轴。将活动平台37与行星减速器支架13通过直线导轨21移动至合适位置，使螺母25与行星减速器支架法兰盘24通过法兰连接固定。行星减速器支架法兰盘24的另一侧与推力板10通过空心轴12两侧法兰连接固定，推力传感器11与推力板10通过法兰连接固定。将拨叉30移动到输出轴一侧，使输出轴通过内花键轴套与花键齿齿轮套相连接。驱动电机20的输入扭矩通过第一弹性联轴器16传递给丝杠夹具27，并通过键连接将扭矩传递给丝杠26，同时丝杠夹具27和螺母25确保丝杠不会发生轴向位移。丝杠26旋转带动螺母25沿直线导轨21方向作直线运动，输出的轴向力传递给行星减速器支架法兰盘24，并通过空心轴
12传递给推力板10，带动行星减速器支架13与推力板10同样沿直线导轨方向作直线运动。推力板10两侧连接杆将推力输入给电动缸6，通过电动缸6将直线运动转换为旋转运动，通过电动缸的丝杠轴输出并带动丝杠轴齿轮31转动，通过啮合带动花键齿齿轮套29转动，并通过花键齿与内花键轴套35带动输出轴转动，将输出力矩通过弹性联轴器4传递给伺服电机1。光栅尺读数头沿光栅尺光栅移动记录螺母的运动数据，推力传感器记录由推力板产生的推力数据。
38.本实施例中，驱动电机20可以为行星滚柱丝杠提供准确的输入扭矩，第一弹性联轴器16可以消除轴间间隙，以确保存在安装误差的前提下能精确传动。第一扭矩传感器17可以准确测量伺服电机提供的输入力矩，第一角度编码器15用于测量行星滚柱丝杠输入角，直线导轨可以保证活动平台及行星减速器支架13准确的直线运动；光栅尺可以准确记录行星减速器支架13的直线运动状态及始末位置，推力传感器可以准确记录推力板的推力，以此反应行星滚柱丝杠提供的轴向力。
39.如图4所示，本发明在对行星减速器进行综合性能测试时，将行星减速器28安装在行星减速器支架13上，将推力板10卸下，拨叉30调至输入轴端使输入轴和输出轴通过内花键轴套35与花键齿连接套35实现传动连接，并将活动平台通过导轨移动到合适位置，使得轴承座14的连接轴与行星减速器28能够通过短轴连接，行星减速器28的输出轴侧法兰盘与第二角度编码器的输入轴能够通过键连接径向固定，输入轴端的短轴法兰连接与键连接保证输入扭矩的传递，输出的扭矩传递给第二角度编码器及转换机构，此时电动缸、齿轮结构均未工作，转换机构仅作为传动轴，通过第三弹性联轴器将输出力矩传递给伺服电机，第二扭矩传感器可以准确记载伺服电机的输出力矩，以此反应行星减速器的输出力矩大小。
40.本实施方式中，驱动电机可以为行星减速器提供准确的输入扭矩，多个弹性联轴器可以消除轴间间隙，以确保存在安装误差的前提下能精确传动。扭矩传感器可以准确测量驱动电机提供的输入力矩及加载电机的输出力矩，角度编码器用于测量减速器输入角，直线导轨可以保证活动平台及行星减速器支架准确的直线运动用以调整行星减速器输入轴和输出轴的位置。
41.针对以上所述，本发明并未对实验台的实际设计做任何形式上的限制，本实验台转换机构结构由图5所示，通过对实验台的布置进行调整，能够实现相同功能的机构仍能用于该实验台，实验台上仍留有大量空间用以加装额外的测试模块，通过在实验台体上安装温度传感器、声级计、振动传感器等可以实现更多性能的测试。因此，以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

技术特征：
1.一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：包括试验台基座(23)，所述试验台基座(23)的一端滑动设置有活动平台(37)和行星减速器支架(13)；所述活动平台(37)远离所述行星减速器支架(13)的一端固定设置有驱动电机(20)，所述活动平台(37)的另一端固定设置有轴承座(14)，所述轴承座(14)上设置有传动轴，所述传动轴靠近所述驱动电机(20)的一端与第一角度编码器(15)的输出端相连接，所述驱动电机(20)的驱动轴与所述第一角度编码器(15)的输入端之间传动连接并且二者之间设置有第一力矩传感器(17)；所述行星减速器支架(13)靠近所述轴承座(14)的一侧设置有行星减速器支架法兰盘(24)，所述行星减速器支架(13)的另一侧设置有空心轴(12)；所述试验台基座的中部固定设置有角度编码器基座(9)，所述角度编码器基座(9)的中间设置有第二角度编码器，所述角度编码器基座(9)的两端对称的滑动设置有两个连接杆(39)，两个所述连接杆(39)靠近所述行星减速器支架(13)的一端共同的与推力板(10)固定连接，所述推力板(10)上设置有推力传感器(11)；所述试验台基座的另一端固定设置有伺服电机(1)并在所述伺服电机(1)与所述角度编码器基座(9)之间固定设置有转换机构箱体(5)，所述转换机构箱体(5)的中部靠近所述角度编码器基座(9)的一端转动设置有输入轴，所述转换箱体(5)的中部靠近所述伺服电机(1)的一端转动设置有输出轴；所述输入轴的位于所述转换箱体(5)外部的一端端与所述第二角度编码器的输出端传动连接并且二者之间设置有第二力矩传感器，所述输出轴位于所述转换箱体外部的一端与所述伺服电机(1)的驱动轴相连接；试验台基座(23)在所述转换箱体(5)与所述角度编码器基座(9)之间对称的设置有两个电动缸(6)，两个所述电动缸(6)的输入端与分别与两个所述连接杆的另一端相连接，两个所述的电动缸(6)的输出端的丝杠轴分别延伸至所述转换箱体(5)的内部，所述两个丝杠轴与所述输入轴和所述输出轴之间设置有转换机构。2.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述试验台基座(23)的上部对称的固定设置有两个直线导轨(21)，所述活动平台(37)的底部对称的固定设置有两组分别与两个所述直线导轨(21)滑动配合的第一滑块(22)；所述行星减速器支架(13)的底部对称的固定设置有两个分别与两个所述直线导轨(21)滑动配合的第二滑块(38)。3.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述活动平台(37)的端部固定设置有用于安装驱动电机的驱动电机支架(18)，并且所述驱动电机支架(18)上还设置有驱动电机减速器(19)，所述驱动电机减速器(19)的输入端与所述驱动电机的驱动轴相连接。4.根据权利要求3所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述第一力矩传感器(17)的两端通过两个第一弹性联轴器(16)分别与所述驱动电机减速器(19)的输出端和所述第一角度编码器(15)的输入端相连接。5.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述第二力矩传感器(7)的两端通过两个第二弹性联轴器(8)分别与所述输入轴和所述第二角度编码器的输出端相连接。6.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述试验台基座(23)的另一端固定设置有用于安装所述伺服电机(1)的伺服电机支架(3)，并且所述伺服电机支架(3)上还设置有伺服电机减速器(2)，所述伺服电机(1)与所述
伺服电机减速器(2)的输入端相连接。7.根据权利要求6所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述伺服电机减速器(2)的输出端通过第三弹性连轴器(4)与所述输出轴相连接。8.根据权利要求1所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述转换机构包括内花键轴套(35)、设置于所述输入轴端部的花键齿连接套(34)以及转动套设在所述输出轴上的花键齿齿轮套(29)；所述花键齿齿轮套(29)的一端与所述转换机构箱体的侧壁转动配合，两个所述丝杠轴位于所述转换机构箱体内部的一端均设置有与所述花键齿齿轮套(29)上的齿轮相啮合的丝杠轴齿轮；所述输出轴位于所述转换机构箱体内部的一端延伸至所述花键齿齿轮套(29)的外部并且端部设置有花键结构，所述内花键轴套(35)与所述花键齿连接套(34)、花键齿齿轮套(29)以及所述输入轴端部的花键结构滑动适配；所述内花键轴套(35)的外部设置有使其轴向移动的拨叉(30)。9.根据权利要求8所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述转换机构箱体(5)的侧壁上设置有用于支撑所述丝杠轴、输入轴以及输出轴的箱体轴承。10.根据权利要求2所述的行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，其特征在于：所述试验台基座(23)在两道所述直线导轨之间设置有光栅尺，所述行星减速器支架(13)的下部设置有光栅尺读数头。

技术总结
本发明公开了一种行星滚柱丝杠和行星减速器的综合性能测试平台，包括试验台基座，所述试验台基座的一端滑动设置有活动平台和行星减速器支架；所述活动平台远离所述行星减速器支架的一端固定设置有驱动电机，所述活动平台的另一端固定设置有轴承座，所述轴承座上设置有传动轴，所述传动轴靠近所述驱动电机的一端与第一角度编码器的输出端相连接，所述驱动电机的驱动轴与所述第一角度编码器的输入端之间传动连接并且二者之间设置有第一力矩传感器。本发明能够适应各型尺寸的行星滚柱丝杠以及不同类型的减速器综合性能参数的测定，在实际生产中能够节约制造成本，充分利用测试模块，缩小实验台占用空间。缩小实验台占用空间。缩小实验台占用空间。


技术研发人员：魏沛堂 周杰 杜雪松 张楠粟 胡瑞 刘思齐 刘根伸 罗莉
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：2023.04.10
技术公布日：2023/7/13